Astronomen enthüllen Galerie von Staubscheiben junger Sterne dank SPHERE-Instrument am VLT

Eine neue Bildersammlung, die Staubringe um junge Sterne detailliert darstellt, wurde von Astronomen veröffentlicht. Diese Aufnahmen gewähren tiefe Einblicke in die frühe Architektur entstehender Planetensysteme. Die gewonnenen Erkenntnisse stammen aus Beobachtungen, die mit dem SPHERE-Instrument am Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) durchgeführt wurden.

Die umfassende Untersuchung erstreckte sich auf 161 nahegelegene junge Sterne. Dabei wurden 51 potenziell planetenbildende Systeme identifiziert. Charakteristisch für diese Systeme sind Trümmerscheiben, die durch Kollisionen von Asteroiden oder Kometen entstehen. Diese Strukturen ähneln unserem eigenen Asteroidengürtel und dem Kuipergürtel. Dr. Gaël Chauvin, wissenschaftlicher Mitarbeiter des SPHERE-Projekts am Max-Planck-Institut für Astronomie, bezeichnete diesen Datensatz als einen regelrechten Schatz für die Astronomie. Er ermöglicht es, die Eigenschaften dieser Trümmerscheiben präzise zu bestimmen und Rückschlüsse auf die Existenz kleinerer, nicht direkt beobachtbarer Objekte zu ziehen. Besonders aufschlussreich sind die Daten zu Trümmerscheiben in Systemen, die jünger als 50 Millionen Jahre sind, da in dieser Phase Kollisionen noch häufig genug sind, um messbaren Staub zu erzeugen.

Eine bisher unerreichte Detailtiefe konnte erstmals bei vier spezifischen Systemen erzielt werden: HD 197481 und HD 39060 zeigten scharfe Materialströme, was einer Ansicht von der Kante entspricht. Im Gegensatz dazu präsentierten sich HD 109573 und HD 181327 mit nahezu perfekt runden Staubringen, was eine Ansicht aus der Ebene der Scheibe nahelegt. Andere Systeme, wie HD 145560 und HD 156623, wiesen hingegen eine unregelmäßigere Staubverteilung auf, was auf eine frühere Entwicklungsphase hindeuten könnte. Forscher, darunter Dr. Natalia Engler von der ETH Zürich, analysierten die Daten von insgesamt 161 Sternen, deren Infrarotstrahlung auf das Vorhandensein von Trümmerscheiben hinwies.

Die Wissenschaftler kamen zu dem Schluss, dass klar definierte Strukturen, wie die beobachteten Ringe, eng mit der Präsenz unsichtbarer Riesenplaneten korrelieren. Diese Planeten räumen durch ihre Gravitation die umliegenden Bereiche von kleineren Körpern frei, ähnlich der Rolle, die Neptun für unseren Kuipergürtel spielt. Technisch gesehen nutzt das SPHERE-Instrument einen Koronagraphen, um das helle Licht des Zentralsterns abzuschirmen. Ergänzt wird dies durch adaptive Optik, welche atmosphärische Verzerrungen in Echtzeit korrigiert. Dadurch wird die Detektion des schwachen, gestreuten Staubs erst möglich. Diese Ergebnisse bilden eine unverzichtbare Grundlage für zukünftige Untersuchungen, etwa mit dem James Webb Space Telescope (JWST) oder dem zukünftigen Extremely Large Telescope (ELT) der ESO.

Besonders hervorzuheben ist das System HD 181327, das etwa 23 Millionen Jahre alt ist. Hier entdeckte das JWST bereits im Mai 2025 kristalline Wasserstaubpartikel, was die Existenz flüchtiger Bestandteile in den frühen Phasen der Planetenentstehung bestätigt. Die Feststellung von Wassereis, das über 20 Prozent des Materials in den kältesten Außenbereichen der Scheibe von HD 181327 ausmacht, stützt Modelle, wonach Eis zu den entstehenden Planeten transportiert wird. Die SPHERE-Beobachtungen zur Scheibenstruktur und die JWST-Daten zur Eiszusammensetzung in HD 181327 ergänzen sich somit ideal und liefern ein umfassendes Bild der frühen planetaren Architektur.

Die zusammengetragene Galerie von 51 aufgelösten Scheiben aus den 161 untersuchten Objekten beweist, dass ein signifikanter Anteil junger staubreicher Systeme mittels moderner Hochkontrast-Abbildungstechniken im Streulicht sichtbar gemacht werden kann. Durch den Vergleich der verschiedenen Systeme innerhalb eines einzigen Datensatzes ließen sich globale Muster erkennen: Massereichere junge Sterne neigen dazu, auch massereichere Trümmerscheiben zu besitzen. Dies steht im Einklang mit Modellen, die größere Reservoire an Planetesimalen voraussagen, welche nach dem Kollaps massereicher protoplanetarer Scheiben übrigbleiben. Diese Forschung zeigt uns quasi, wie unsere eigene Milchstraße vor über vier Milliarden Jahren in ihren frühen Entwicklungsstadien ausgesehen haben muss.